Способ определения паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны

Способ определения паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны

Реферат

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны при производстве линолеума, ацетилцеллюлозы, алкилацетатов.

В современном газовом анализе одно из перспективных направлений связано с созданием сенсорных устройств, характеризующихся компактностью, селективностью, низкими пределами обнаружения, надежностью и простотой эксплуатации.

Для определения паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны применяется газожидкостная хроматография [Т.М.Дмитриев, Н.И.Казнина, И.А.Пинигина. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. М.: Химия, 1989. 368 с.]. Предельно допустимая концентрация уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны, ПДК_РЗ=5 мг/м³. В качестве неподвижной фазы (НФ) используют полиэтиленгликоль 4000, продолжительность анализа с подготовкой хроматографической колонки - 7-9 ч, подготовка пробы воздуха 30 мин, погрешность измерения ±25%.

Недостатками способа являются длительность пробоподготовки, сложность аппаратурного оформления, необходимость высокой квалификации обслуживающего персонала, кратковременность "жизни" колонок с НФ вследствие активной сорбции полярных кислот.

Технической задачей изобретения является определение паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны на уровне предельно допустимой концентрации, исключение стадии пробоподготовки, упрощение экспериментальной установки, сокращение времени анализа, увеличение числа анализов без изменения сорбента, снижение времени, необходимого для восстановления сорбента, снижение погрешности определения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны, включающем отбор пробы, детектирование с регистрацией аналитического сигнала и расчет уксусной кислоты, новым является то, что отобранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, электроды которого предварительно модифицированы ацетоновым раствором сорбента полиэтиленгликоль адипината так, чтобы масса пленки сорбента после удаления растворителя составляла 10-30 мкг, регистрацию аналитического сигнала осуществляют в виде отклика модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора через 15 с после введения пробы в ячейку детектирования, а расчет концентрации уксусной кислоты производят по уравнению градуировочного графика

ΔF=1,4·С_м,

где ΔF - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц;

С_м - концентрация уксусной кислоты в пробе воздуха, мг/м³.

Положительный эффект по предлагаемому способу достигается за счет применения в качестве модификатора электрода пьезокварцевого резонатора (ПКР) пленки полиэтиленгликоль адипината (ПЭГА), нанесенной из ацетонового раствора, проявляющей сорбционное сродство к уксусной кислоте, что позволяет определять микроколичества паров уксусной кислоты в анализируемой пробе воздуха. Нанесение оптимальной массы пленки сорбента (10-30 мкг) на пьезорезонатор способствует достижению наибольшей чувствительности пьезосенсора к парам кислоты и снижению погрешности определения.

Способ определения паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны осуществляется по следующей методике.

1) Пробоотбор. Анализируемый воздух объемом 10 см³, содержащий пары уксусной кислоты, через герметичный затвор вводят в ячейку детектирования, содержащую модифицированный пьезокварцевый резонатор объемных акустических волн с пленкой ПЭГА.

2) Подготовка сенсора. На обе стороны алюминиевого электрода (диаметр 5 мм, площадь 0,2 см²) пьезокварцевого резонатора (срез AT, плотность кварца 2600 кг/м³) с собственной частотой 10 МГц наносят микрошприцем раствор ПЭГА в ацетоне так, чтобы после испарения растворителя в сушильном шкафу в течение 20-30 мин при 50°С масса пленки составляла 10-30 мкг.

3) Определение уксусной кислоты. Сенсор помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы. Выдерживают 3 мин для установления стабильного нулевого сигнала F°. Затем в ячейку детектирования шприцем вводят 10 см³ воздуха, содержащего пары уксусной кислоты на уровне ПДК_рз. Фиксируют частоту колебаний пьезокварцевого резонатора F через 15 с после ввода пробы. По разности F° и F рассчитывают отклик сенсора AF и по уравнению градуировочного графика находят содержание уксусной кислоты в анализируемой пробе воздуха:

ΔF=1,4·С_м

где ΔF - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц;

С_м - концентрация уксусной кислоты в пробе воздуха, мг/м³.

Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме с предварительной модификацией электродов и последующей регенерацией ячейки детектирования τ_ан=30-45 мин.

Количество анализов без обновления покрытий пьезорезонаторов 800.

Время, необходимое для восстановления сорбента τ=10-15 мин.

Погрешность определения паров уксусной кислоты в воздухе Δ=±15%.

Примеры осуществления способа

Пример 1

На обе стороны электрода пьезорезонатора микрошприцем наносят раствор ПЭГА в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (20-30 мин, 50°С) составляла 30 мкг. После сушки сенсор помещают в ячейку детектирования с инжекторным вводом пробы, вводят шприцем анализируемую пробу воздуха объемом 10 см и фиксируют отклик резонатора через 15 с после ввода пробы. По отклику сенсора и уравнению градуировочного графика рассчитывают содержание уксусной кислоты в пробе воздуха. Способ осуществим.

Продолжительность анализа с пробоотбором по полной схеме с предварительной модификацией электродов и регенерацией ячейки детектирования τ_ан=30-45 мин.

Количество анализов без обновления покрытий пьезорезонаторов 800.

Время, необходимое для восстановления сорбента τ=10-15 мин.

Погрешность определения паров уксусной кислоты в воздухе Δ=±15%.

Результаты анализа представлены в табл.1.

Пример 2

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ПЭГА в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (20-30 мин, 50°С) составляла 5 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как отклик сенсора находится на уровне шумов. Результаты приведены в табл.1.

Пример 3

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ПЭГА в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (20-30 мин, 50°С) составляла 10 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Результаты приведены в табл.1.

Пример 4

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор ПЭГА в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (20-30 мин, 50°С) составляла 20 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим. Результаты приведены в табл.1.

Пример 5

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят раствор полиэтиленгликоль сукцината (ПЭГС) в хлороформе так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (20-30 мин, 50°С) составляла 40 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как большая масса пленки приводит к снижению чувствительности определения уксусной кислоты в воздухе и увеличению погрешности определения. Результаты приведены в табл.1.

Пример 6

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят другой модификатор - раствор полиэтиленгликоль сукцината в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (20-30 мин, 50°С) составляла 20 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ неосуществим. Результаты приведены в табл.1.

Пример 7

На обе стороны электрода резонатора микрошприцем наносят другой модификатор - раствор полиэтиленгликоль себацината в ацетоне так, чтобы масса пленки после удаления растворителя в сушильном шкафу (20-30 мин, 50°С) составляла 20 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ неосуществим, так как фиксируемый отклик (ΔF, кГц) нестабилен. Результаты приведены в табл.1.

Некоторые характеристики заявляемого способа и прототипа сопоставлены в табл.2.

Из примеров 1-7 и табл.1 и 2 следует, что положительный эффект по предлагаемому способу достигается при массе сорбента (ПЭГА) 10-30 мкг (примеры 2-4). При уменьшении или увеличении массы сорбента (примеры 1, 5) снижается чувствительность пьезосенсора по отношению к парам уксусной кислоты, возрастает погрешность определения. Применение других модификаторов (примеры 6, 7) не позволяет определять пары уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны.

Таким образом, предлагаемый способ определения паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны по сравнению с прототипом:

1) исключает стадию пробоподготовки;

2) сокращает время анализа с 7-9 ч до 30-45 мин (с учетом времени, затраченного на модификацию электродов и последующую регенерацию ячейки детектирования);

3) увеличивает число анализов без изменения сорбентов;

4) снижает время, необходимое для восстановления сорбента;

5) снижает погрешность определения.

Таблица 1.Примеры осуществления способа определения паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны
Номер примера	Модификатор	Масса модификатора m, мкг	Аналитический сигнал, Гц	Время опросаτс, с	Время регенерации τд, с	Погрешность определения, %	Реализация способа
1	Полиэтиленгликоль адипинат	5	7	-	-	-	неосуществим
2	Полиэтиленгликоль адипинат	10	19	15-25	120-180	19,3	осуществим
3	Полиэтиленгликоль адипинат	20	25	15-25	120-180	16,2	осуществим
4	Полиэтиленгликоль адипинат	30	31	20-30	150-200	15,0	осуществим
5	Полиэтиленгликоль адипинат	40	45*	20-30	150-200	30.6	неосуществим
6	Полиэтиленгликоль сукцинат	20	12	-	-	-	неосуществим
7	Полиэтиленгликоль себацинат	20	9	-	-	-	неосуществим
*) регистрация сигнала невозможна вследствие нестабильности пленки

Таблица 2Сравнение прототипа и предлагаемого способа
Параметр	Прототип	Предлагаемый способ
Пробоподготовка	необходима	исключена
Продолжительность анализа	7-9 ч	30-45 мин
Число анализов без изменения сорбентов	150	800
Время, необходимое для восстановления сорбента	24ч	10-15 мин
Погрешность определения	±25%	±15%

Способ определения паров уксусной кислоты в воздухе рабочей зоны, включающий отбор пробы, детектирование с регистрацией аналитического сигнала и расчет концентрации уксусной кислоты, отличающийся тем, что отобранную пробу вводят в ячейку детектирования с пьезокварцевым резонатором, электроды которого предварительно модифицированы ацетоновым раствором сорбента полиэтиленгликоль адипината так, чтобы масса пленки сорбента после удаления растворителя составляла 10-30 мкг, регистрацию аналитического сигнала осуществляют в виде отклика модифицированных электродов пьезокварцевого резонатора через 15 с после введения пробы в ячейку детектирования, а расчет концентрации уксусной кислоты производят по уравнению градуировочного графика

ΔF=1,4·С_м,

где ΔF - отклик модифицированного пьезокварцевого резонатора, Гц;

С_м - концентрация уксусной кислоты в пробе воздуха, мг/м³.